關(guān)于開關(guān)電源音頻噪聲處理的一點經(jīng)驗

最近看到論壇很多人在問關(guān)于音頻噪聲的問題，剛好本人以前也有碰到不少同樣的情況，也有做過筆記，現(xiàn)在翻出來整理下，希望對一些碰到該問題網(wǎng)友有幫助。

音頻噪聲一般指開關(guān)電源自身在工作的過程中產(chǎn)生的，能被人耳聽到頻率為20-20kHz的音頻信號

主要有以下幾種來源：

一：變壓器產(chǎn)生的音頻噪聲

變壓器是主要的音頻噪聲源。

1：磁致伸縮效應(yīng)，磁芯材料的尺寸隨磁通密度變化

3：磁芯中間存在的氣隙，可使磁芯吸引力方向產(chǎn)生彎曲。

2：線圈移動，繞組間存在交變電流效應(yīng)，產(chǎn)生吸引力和排斥力，使線圈反復(fù)移動

4：磁芯兩部分在交流磁場中的相互吸引力使其產(chǎn)生移動，反復(fù)壓迫接觸面

5：骨架移動，磁芯片的位移可通過骨架傳送和放大。

在以上幾種移動源共同作用下，形成了比較復(fù)雜的機械系統(tǒng)，它能產(chǎn)生在人耳聽力范圍內(nèi)的音頻信號。

以下簡單講解能有效衰減各種機制產(chǎn)生的音頻噪聲的常見方法。

首先變壓器要采用均勻浸漬，從而能有效填充線圈與線圈之間、線圈與骨架之間、骨架與磁芯之間的固有空隙，降低活動部件發(fā)生位移的可能性，必要時可以再磁性元件與線路板接觸面填充白膠或噴涂三防漆，進一步減小機械振動的空間，有效降低噪聲。

在條件允許的情況下盡量降低峰值磁通密度，要充分考慮高溫時的飽和磁通密度，留足夠余量防止工作曲線進入非線性區(qū)，可以有效降低變壓器的音頻噪聲，有實驗證明峰值磁通密度從3000高斯降為2000高斯即可將發(fā)出的噪音降低5 dB到15dB

條件允許可以使用非晶、超微晶合金等軟磁材料，它們的磁均勻一致性遠比一般鐵氧體好得多，磁致伸縮效應(yīng)趨于零，因此對應(yīng)力不敏感

二：電容產(chǎn)生的音頻噪聲

通常為了抑制電磁干擾和減小器件電壓應(yīng)力，開關(guān)電源一般采用RC、RCD等吸收電路,吸收電容常常選用高壓陶瓷電容，而高壓陶瓷電容是由非線性電介質(zhì)鈦酸鋇等材料制成，電致伸縮效應(yīng)比較明顯，在周期性尖峰電壓的作用下，電介質(zhì)不斷發(fā)生形變從而產(chǎn)生音頻噪聲。

解決的方法是把吸收回路用的高壓陶瓷電容換成電致伸縮效應(yīng)很小的聚脂薄膜電容，這樣可以基本消除電容產(chǎn)生的噪聲。

三：電路振蕩產(chǎn)生的音頻噪聲

當(dāng)電源在工作過程中有問歇式振蕩產(chǎn)生時，會引起線圈磁芯間歇式振動，當(dāng)此振蕩頻率接近繞變壓器的固有振蕩頻率時，易引發(fā)共振現(xiàn)象，此時將產(chǎn)生人耳所能聽到的音頻噪聲。

     電路振蕩產(chǎn)生的原因有很多，下面簡單講解：

1：PCB設(shè)計不當(dāng)

A）功率大電流地線與控制回路地線共用同一走線，由于PCB覆銅線并非理想導(dǎo)體，它總是可以等效成電感或電阻，當(dāng)功率電流流過了和信號控制回路共用的PCB線，在PCB上產(chǎn)生電壓降落，特別是采用多點接地時，由于控制電路各節(jié)點分散在不同位置，功率電流引起的電壓降對控制電路疊加了擾動，使電路發(fā)出噪音，這問題通常采用單點接地可以得到改善

B）芯片VCC電源走線過長、或離高dt/di大電流走線過近而受到干擾，這問題一般可通過在靠近芯片VCC引腳加個104瓷片去耦電容器得到改善

關(guān)于PCB走線的一些需要注意的地方總結(jié)：

信號線必須盡可能地短，并且遠離MOS管漏極走線以防止噪聲耦合，信號地獨立布線,盡可能與功率地分離. 光耦地，Vcc地，Y電容地分開,反饋腳電容盡可能靠近IC.。

將電源和地平行布置。 將敏感及高頻的走線盡量遠離高擾的電源走線。

加寬電源和地的走線來減小電源線和地線之間的阻抗。

最小化由漏極、箝位和變壓器構(gòu)成的環(huán)路區(qū)域 

最小化由次級繞組、輸出二極管和輸出濾波電容構(gòu)成的環(huán)路區(qū)域          增加走線之間的距離來減小電容耦合的串?dāng)_。

2：反饋設(shè)計不當(dāng)

   比如帶寬設(shè)置過寬、相位余量不足，解決的方法可以試著把帶寬壓一壓，

有些設(shè)計為了提高瞬態(tài)響應(yīng)，帶寬過寬對高頻干擾的印制就會減弱，盲目提高帶寬是不可取的。

四：階躍負載產(chǎn)生的音頻噪聲

有些開關(guān)電源在全程變換負載測試時會產(chǎn)生音頻噪聲。例如通信行業(yè)在開關(guān)電源的測試標準中，動態(tài)負載被定義為周期1 ms、斜率0．1 A／ s，按照25％-50％—_25％ 和75％—_50％一75％ 兩種變化規(guī)律的階躍負載，以正激變換器為例，輸出電感的電流由輸出脈動電流和階躍電流兩部分組成，脈動電流的頻率和開天電源的工作頻率相同，一般不會產(chǎn)生音頻噪聲，而階躍電流的周期和給定階躍負載的周期一致，當(dāng)輸出電容比較小，階躍電流dt/di變化率過高，這時也會產(chǎn)生音頻噪聲解決的方法是增加輸出電容，由于電源內(nèi)部體積的限制，輸出電容一般也不可能很大，這時也可以試著延緩環(huán)路的反應(yīng)時間，相應(yīng)也就減小了電流變化率，從而起到一定的抑制的作用。但需要注意的是，延緩環(huán)路的反應(yīng)時間會使輸出電壓的過沖或跌落會大很多，這也是一個需要折中考慮的問題。

   以上是個人的一點經(jīng)驗，不對的地方請大家批評指正，也希望有這方面經(jīng)驗的高人給予補充，謝謝